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▲ 프러시안 블루를 활용한 미세플라스틱 제거 모습 ⓒ KIST



친숙한 푸른빛의 이름, 프러시안 블루(Prussian Blue). 청바지를 물들이는 염료로 알려진 이 물질이 최근 미세플라스틱 제거 기술의 핵심 소재로 조명 받고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 물자원연구단 최재우 박사 연구팀은 프러시안 블루의 구조를 정교하게 제종목장세
어해, 햇빛만으로 미세플라스틱을 최대 99%까지 제거하는 친환경 기술을 개발했다.[1]
추가 화학 물질 없이 오직 '햇빛'만 있으면 '프러시안 블루'가 미세플라스틱과 자연스럽게 결합해 덩어리로 뭉치는 응집효과를 일으키며 이 응집효과를 통해 미세플라스틱을 효과적으로 제거할 수 있다. 최재우 박사는 "이 기술을 적용한 염료는 자신보다 3배 이통화쌍
상의 미세플라스틱을 응집할 수 있는 성능을 지니고 있어 기존 철, 알루미늄 기반 응집제보다 약 250배 우수한 제거 성능을 보인다"며 "일반적인 하천, 하폐수 처리 시설이나 정수장에 적용할 수 있는 후보 소재로서 상용화 가능성이 매우 높은 기술"이라 말했다.[2]
미세플라스틱과 인류의 싸움
인체를 파고드는 보이지 않는 이해외선물지수
미세플라스틱이 인류에게 어떤 영향을 미치는지는 막 연구가 시작된 단계이지만, 어느 정도 섭취하는지는 널리 알려져 있는 편이다. 2019년 세계자연기금(WWF)과 호주 뉴캐슬대학교 연구진이 발표한 기념비적인 '플라스틱의 인체 섭취 평가 연구' 보고서에 따르면 매주 우리가 음식과 물을 통해 섭취하는 미세플라스틱의 양은 약 5g이다. 보통 신용카드 1장을 매주코스닥우량주
먹는다는 식으로 설명한다. 연간 섭취하는 미세플라스틱 개수는 약 10만 개이다.[3]
체내에 들어온 미세플라스틱은 물리적으로 소화기관을 막거나, 점막을 자극하고, 장기를 마모할 수 있다. 피의 흐름을 따라 모세혈관에 침투하고 전신으로 퍼져 인체 건강에 위해를 가할 가능성이 존재한다.[4] 어느 수준일지 확인되지 않았을 뿐 눈에 보이지 않소액주주
는 미세플라스틱이 인류를 포함한 생태계에 위협이라는 사실은 분명하다.
미세플라스틱의 잠재적인 위협에 전 세계 연구자들은 다양한 기술적 접근을 시도하고 있다. 특히 KIST의 프러시안 블루를 포함해 미세플라스틱을 포집, 응집, 분해하는 기술을 활발히 연구한다.

미국 노스캐롤라이나 주립대 연구진은 갑각류 껍질에서 유래한 소재인 키토산을 활용해 자가 확산과 자가 부상을 동시에 구현하는 미세청소입자(microcleaner)를 개발했다.[5] 나뭇가지처럼 생긴 가느다란 이 구조물은 정전기의 힘과 분자 간 인력을 이용해 물속의 미세플라스틱을 쉽게 끌어당길 수 있다.[6]










▲  미세청소입자에 달라붙은 미세플라스틱


ⓒ Orlin Velev




이 청소입자는 스스로 수면 위로 떠오를 수 있도록, 즉 자가부상(self-floating)으로 설계되었는데, 입자 내부에 녹는 젤라틴 성분이 포함됐기 때문이다. 젤라틴은 물에 들어가면 부풀어올라 청소입자에 부력이 생기게 한다. 이런 원리로 청소입자는 물속에서 미세플라스틱을 모은 후 수면 위로 스스로 떠오르고, 넓은 범위를 움직이며 오염 물질을 효과적으로 응집한다.[7] 회수과정까지 염두에 두고 설계된 이 입자는 외부 장비의 개입 없이도 비교적 효율적인 정화 활동이 가능하다는 점에서 주목받는다.

중국 우한대학교 연구진은 동물인 오징어와 식물인 목화의 성분을 조합해 미세플라스틱을 흡수하는 스펀지를 개발했다.[8] 오염된 물속에 이 스펀지를 넣으면 미세플라스틱 제거율이 최고 99.9%에 달했으며, 특히 5번의 재사용에도 제거율이 최대 98.1%를 유지했다.[9] 스펀지를 여러 번 써도 본래 성능이 유지되는 셈이다. 제거율이 높고 오징어와 목화 모두 자연계에서 쉽게 구할 수 있으나, 아직 상업화엔 이르지 못했다.

인도과학연구소(IISc) 연구진은 수중 미세플라스틱을 90% 이상 제거하는 친환경 하이드로겔을 개발했다. 이 하이드로겔은 일종의 젤 구조로, 물속 분산된 미세플라스틱 입자를 물리적으로 흡착하여 제거하며 pH 6.5 전후의 중성 수질 환경에서 가장 높은 효율을 보였다.[10]










▲  현미경으로 촬영한 미세플라스틱


ⓒ 미국지질조사국




독일 '프라운호퍼 생산기술 및 설계연구소(Fraunhofer IPK)' 연구진은 공장에서 나오는 동물의 폐지방을 이용해 자연에서 분해되는 친환경 플라스틱 'PHB(Polyhydroxybutyrate)'를 만드는 기술을 개발했다. 이 기술은 생산된 미세플라스틱을 제거하는 경로가 아닌 아예 원천 차단하는 경로를 택했다는 점에서 다른 기술과 차별된다.

폐지방에 특정 미생물을 넣어 발효하는 방식으로 생산한 PHB는 기존 플라스틱처럼 다양한 제품으로 가공할 수 있고, 사용 후에는 흙이나 바다에서도 6개월에서 1년 사이에 자연스럽게 분해된다. 특히 식물에서 추출한 원료가 아닌, 버려지던 지방을 재활용했기 때문에 자원 낭비를 줄이고 환경 보호에 기여한다는 점이 장점이다.[11] 플라스틱 자체의 문제점을 해결하는 이같은 관점의 연구 노력은 제거 노력보다는 더 진척된 편이다.
다만 여러 가능성이 확인되고 있음에도 이 모든 연구의 실용화 문턱이 높다는 것이 미세플라스틱 제거 기술의 현주소다. 현재까지 개발된 기술은 대부분 ▲ 실험실 수조 환경 ▲ 인위적으로 설정된 고농도 미세플라스틱 조건 ▲ 소규모 수계 모형 등에서 성과를 보였다.
하지만 실제 강, 바다, 정수장의 복잡한 환경에서는 ▲ 다양한 플라스틱 종류 ▲ 다중 오염물질(기름, 이온, 침전물) 존재 ▲ 수온과 염분 변화 등 수많은 변수가 있어 기술의 안정적 운용을 방해한다. 또한 많은 기술이 회수 비용과 운용 효율성 문제를 해결하지 못한 채 '실험실-파일럿' 단계에 머물러 있는 상황이다.[12] 김기웅 한남대학교 기계공학과 교수는 "이 기술들은 대부분 실험실 조건 수준에 머물러 있으며, 대규모 환경 적용과 경제성, 장기적 신뢰성 확보라는 난관을 넘어야 한다"고 지적했다.[13]
실험실 밖을 나서려면 일단 실험실에서 시작해야 하기에 첫 단계를 거치고 있는 건 그럼에도 긍정적인 신호이다. 이미 미세플라스틱이 대규모로 해양 등에 존재하고 언제든 생명체 안으로 들어오려고 하는 상황에서 유일한 대처법은 미세플라스틱의 제거밖에 없기 때문이다.

바다 위의 '플라스틱 사냥꾼'










▲  씨빈으로 모이는 해양 쓰레기들


ⓒ 씨빈




제거에는 미세한 입자를 잡는 과학과 함께 미세입자가 되기 전의 큰 조각을 회수하는 물리적 대응 방법이 있다. '씨빈(Seabin)'은 호주에서 2015년 시작된 수상 쓰레기통 프로젝트로, '씨빈'은 프로젝트의 이름이자 바다 위를 떠다니며 각종 쓰레기와 기름을 흡입하는 해양 쓰레기 수거 장치를 뜻한다. 1년에 플라스틱 병 1만 1900개를 포획할 수 있으며 2mm 이하의 미세 플라스틱 또한 수거
가능하다.


원리는 단순하다. 수면에 떠 있는 부유 쓰레기들을 해수의 흐름을 따라 통 안으로 빨아들이는 식이다. 내부의 거름망이 쓰레기를 걸러내고, 깨끗한 물만 다시 내보낸다. 일부 씨빈은 부유하는 기름까지 포획할 수 있도록 개량됐다.[14]










▲  씨빈 작동 원리


ⓒ 씨빈




현재까지 전 세계 869여 개가 설치된 씨빈은 2023~2024년에 47만 1503개의 플라스틱을 수거했다. 아직 해양 생물이 포획된 적은 없다.[15] 작은 장비지만, 미세플라스틱의 주요 공급지인 항만 지역을 정화하는 데 효과적이다.


거대 설비로 태평양을 쓰레기지대를 청소하는 '오션 클린업(Ocean Cleanup)'은 네덜란드 비영리 단체가 운영하는 초대형 프로젝트로 이미 유명세를 얻고 있다. 2013년 당시 18세 환경운동가 보얀슬랫의 아이디어에서 출발했다.[16]










▲  오션 클린업 운용 원리


ⓒ 오션 클린업




현재 운용 중인 '시스템03'은 두 척의 선박이 U자형 부유 장치를 펼쳐, 해류를 따라 떠다니는 대형 플라스틱 쓰레기를 모은다. 작업 단계는 총 4단계로, 우선 컴퓨터 모델링을 통해 플라스틱이 밀집한 핵심지역을 예측하고 수거하는 1단계에서 작업이 시작된다. 수집된 플라스틱 쓰레기를 선별하고 압축하는 과정이 2단계다. 이후 선별 및 압축된 플라스틱 쓰레기를 중간 처리 업체로 운반하는 3단계를 거쳐, 마지막 4단계에서는 중간 처리 업체에서 플라스틱 쓰레기를 처리하고 재활용한다.

이러한 과정을 통해 2023년 한 해에만 250톤 이상의 플라스틱을 수거했으며, 현재는 '수거한 쓰레기의 추적 인증' 시스템까지 구축해 데이터 신뢰성을 높이고 있다. 2040년까지 '태평양 거대 쓰레기 지대(GPGP)'의 플라스틱 90%를 제거하는 것이 목표다. [17]
김 교수는 "미세플라스틱은 다양한 환경 변수와 상호작용하기 때문에, 단일 기술만으로 해결하는 건 어렵다"며 "현장 검증과 적응성을 갖춘 다층적 전략이 필요하다"고 제언했다.[18] 프러시안블루 기반 응집 기술, 유영하는 미세청소입자 등과 같은 '과학적 제거 기술', '씨빈'과 '오션 클린업'과 같은 '수거 중심 프로젝트', 플라스틱의 원천 성분을 바꾸거나 분해되도록 하는 기술 등 각기 다른 방향의 연구는 미세플라스틱이라는 보이지 않지만 전면적이고 심각한 인류와 생명 전체의 위기를 극복하기 위한 의미 있는 노력이다. 핵심은 너무 늦지 않게 성과를 내야 한다는 것이다.
글: 안치용 아주대 융합ESG학과 특임교수, 이민경·문정인 기자(동국대 미디어커뮤니케이션학과), 김옥민 (주) 펨빅스 부사장, 이윤진 ESG연구소 대표
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